CN101256892B - 高压独立式电子式电压互感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及新型高压独立式电压互感器，包括一个没有二次电流绕组的倒立式SF₆气体绝缘电流互感器、采用同轴圆柱形电容分压原理构成的电子式电压互感器、信号调理调制电路及直流电源，在双层屏蔽筒内层上固定低压电极并与双层屏蔽筒内层绝缘，且低压电极与一次导体和双层屏蔽筒内层同心，在低压电极和双层屏蔽筒内层上分别焊接或固定连接出一根导线作为电压互感器二次传感输出，电压互感器二次传感输出的导线与信号调理调制电路的信号输入端连接，直流电源与信号调理调制电路的电源输入端相连。本发明采用SF₆作为主绝缘，绝缘结构简单、绝缘强度高，完全克服电子式电压互感器的缺陷大大降低了成本。

Description

高压独立式电子式电压互感器

技术领域

本发明涉及一种新型高压独立式电子式电压互感器，用于敞开式变电站高电压环境下的电压变换，供测量、保护及监测使用，该发明适用于110kV及以上高压电力系统。

背景技术

目前独立式电容分压电子式电压互感器一般是采用类似于电容分压式的电压互感器(简称CVT)的多级电容串联分压方式，将高电压分压至较低电位后，再变换成数字光脉冲进行信号传输，该方法不需要光供电。但这种结构因耦合电容器温度系数大，可达5×10-5/k、受外界环境因素：如高压引线、污秽、湿度等影响较大，例如CVT虽然采用了增大分压电容容量的方法来尽量减小外界空间杂散电容对电压分压比的影响，但是多年的运行实践表明，在长期实际运行中CVT的分压比发生漂移仍然是较为普遍的现象。

目前高压独立式电子式电压互感器的主要问题是：独立式电子式电压互感器采用类似CVT的多级电容串联分压方式，易受外界环境因素引起的分布电容变化的影响，测量精度低，稳定性差。

发明内容

本发明提供一种新型独立式电子式电压互感器，完全克服上述电子式电压互感器的缺陷，利用倒立式SF₆气体绝缘电流互感器的一次导体和内层、外层电气连通的双层屏蔽筒构成的地电极，巧妙地构造出同轴圆柱形电容器分压，克服了多级电容串联分压方式易受外界环境因素引起的分布电容变化影响的缺点，测量精度高，稳定性好；本发明在上述基础上，再次巧妙地利用倒立式气体绝缘电流互感器绝缘结构构成独立式电子式电压互感器。

新型独立式电子式电压互感器，包括一个没有二次电流绕组的倒立式SF₆气体绝缘电流互感器、采用同轴圆柱形电容分压原理构成的电子式电压互感器、信号调理调制电路及直流电源，其特征在于：在倒立式SF₆气体绝缘电流互感器的双层屏蔽筒内层的内表面上固定金属柱状环，金属柱状环通过绝缘材料在电气上与双层屏蔽筒内层的内表面绝缘，且金属柱状环与一次导体和双层屏蔽筒同心而构成同轴圆柱形电容器分压原理的电子式电压互感器，一次导体为高压电极，金属柱状环为低压电极，双层屏蔽筒为地电极，在低压电极和双层屏蔽筒内层上分别焊接或固定电气连接出一根导线作为电压互感器二次传感输出，电压互感器二次传感输出的导线与信号调理调制电路的信号输入端连接，直流电源与信号调理调制电路的电源输入端相连。

本发明所述的新型独立式电子式电压互感器，包括一个没有二次电流绕组的倒立式SF6气体绝缘电流互感器的绝缘结构和利用同一绝缘结构、采用同轴圆柱形电容分压原理构成的电子式电压互感器、位于地电位的信号调理调制电路及直流电源，具体部件包括壳体、绝缘套管、引线屏蔽管、支持绝缘子或盆式绝缘子、一次导体、低压电极、地电极的双层屏蔽筒、爆破片、底座及底座上的电压互感器的二次传感输出接线端子、SF₆气体密度控制器、SF₆充气口及管道阀门、信号调理调制电路、直流电源，其特征在于：

1、该独立式电子式电压互感器包括：在倒立式SF₆气体绝缘电流互感器的双层屏蔽筒内层的内表面上固定金属柱状环，该金属柱状环通过绝缘材料在电气上与双层屏蔽筒内层的内表面绝缘，且金属柱状环与一次导体和双层屏蔽筒同心而构成同轴圆柱形电容器分压原理的电子式电压互感器，一次导体为高压电极，金属柱状环为低压电极，双层屏蔽筒为地电极，在低压电极和双层屏蔽筒内层上分别焊接或固定电气连接出一根导线作为电压互感器二次传感输出，电压互感器二次传感输出的导线与信号调理调制电路的信号输入端连接，直流电源与信号调理调制电路的电源输入端相连。高压电极和低压电极均位于接地双层屏蔽筒构成的屏蔽体内，这种特殊的双屏蔽结构可以大大减小外界分布电容和杂散电容的影响。一次导体与构造的低压电极之间的电容构成高压电容，低压电极与双层屏蔽筒内层的内表面也就是地电极之间的电容作为取样电容，其上的电信号为该电压互感器的二次传感输出或取样信号。

2、该独立式电子式电压互感器的电压互感器利用倒立式SF₆气体绝缘电流互感器的绝缘结构。

3、该独立式电子式电压互感器的电压传感部分的二次信号输出在一个接地的引线屏蔽管中传输，可大大减小外界电磁干扰对传输线的影响。

4、该独立式电子式电压互感器还包括位于地电位的信号调理调制电路和直流电源，并且直流电源用电缆直接给信号调理调制电路供电。

5、该独立式电子式电压互感器的二次信号输出至信号调理调制电路，该电路位于地电位双层屏蔽筒中，将信号变换成数字光信号后，用光纤从绝缘瓷套或合成绝缘子套中的接地引线屏蔽管中向下传输至固定在底座上的光纤连接器，然后用光纤或光缆可将该光信号传输至控制室或需要该电压信号处。此时，该信号调理调制电路的直流工作电源也位于地电位双层屏蔽筒中，可用电缆将交流或直流电源从底座通过绝缘瓷套或合成绝缘子套中的接地引线屏蔽管传输至地电位屏蔽筒。

6、该独立式电子式电压互感器的二次信号输出也可以不经过变换，直接用电缆从绝缘瓷套或合成绝缘子套中的接地引线屏蔽管中向下传输至固定在底座上的二次电接线端子，再通过底座上的电接线端子输入信号调理调制电路，此时，信号调理调制电路和直流工作电源均位于SF₆气体密封外，更利于直流工作电源、信号调理调制电路的检修和维护。

本发明的电压互感器传感部分原理，见附图2：针对构造的同轴电容结构，根据圆柱形电容器的原理：

假定高压电极上的电压为u，高压电极的直径为d，低压电极与双层屏蔽筒内层间的信号为u_o，低压电极环的直径为D，环高为b，高压电极与低压电极间的电容为C1，低压电极与双层屏蔽筒内层的内表面间的电容为C2。

其中： $C1=\frac{{2\mathrm{\π\ϵ}}_0{\mathrm{\ϵ}}_{r}b}{\ln (D/d)}$

考虑到系统短路后柱状电容环的接地电容上积聚的电荷若在重合闸时还没完全释放，将在系统工作电压上叠加一个误差分量，严重时将影响到测量结果的正确性及继电保护装置的正确动作，因此要选取一个小电阻R与C2并联，以消除这些因素的影响，R＜＜1/(ωC2)，ω为被测交流电压的频率。其中低压电极与双层屏蔽筒内层之间的信号为：可见，本发明的电压互感器的传感信号输出u_o与高压电极上的被测电压u的时间导数成正比，因此采用信号调理调制电路对u_o进行模拟或数字积分可得到u_o的值。

信号调理调制电路的功能是：将本发明的电压互感器二次传感输出信号输入到信号调理调制电路的信号输入端，再对该电压信号积分放大还原，然后经过模/数变换及光电变换后成为数字光脉冲信号，以便用光纤传输至后续装置处。

具体而言，本发明具有以下技术效果：

本发明所述的新型独立式电子式电压互感器，利用一个没有二次电流绕组的倒立式SF₆气体绝缘电流互感器的高压导体和内层、外层电气连通的双层屏蔽筒构成的地电极，巧妙地构造出同轴圆柱形电容器分压，和一般电子式电压互感器比较，克服了多级电容串联分压方式易受外界环境因素引起的分布电容变化影响的缺点，测量精度高，稳定性好；和传统电压互感器比较，传感原理完全不同，不含铁心，没有谐振过电压的成胁。

附图说明

图1a是本发明的新型独立式电子式电压互感器的总体结构示意图。

图1b是本发明的新型独立式电子式电压互感器的另一总体结构示意图。

图2是本发明的电压互感器传感部分原理图。

具体实施方式

本发明的总体结构如图1a所示，利用了倒立式气体绝缘电流互感器的绝缘结构。双层屏蔽筒内层1和双层屏蔽筒外层2构成地电位双层屏蔽筒4，并经支持绝缘子5固定在壳体6上，一次导体7水平地横贯双层屏蔽层内侧固定在壳体6上，一次导体7左端与壳体6电气相连，右端经密封圈和绝缘套8在电气上与壳体6绝缘，壳体6的上部还安装有爆破片3，可用于释放过高的SF₆气压，保护壳体6和绝缘套管13；固定在双层屏蔽筒内层1的内表面上的金属柱状环9通过绝缘材料10在电气上与双层屏蔽筒内层1的内表面绝缘，且该金属柱状环9与一次导体7及双层屏蔽筒4同心，该金属柱状环9为低压电极，在低压电极9和双层屏蔽筒内层1上分别焊接出一根导线(11、12)，这两根导线(11、12)组成电压互感器二次传感输出取样信号和地电极线；一次导体7、双层屏蔽筒内层1、双层屏蔽筒外层2、金属柱状环9及壳体6构成该互感器器身置于绝缘套管13上方，绝缘套管13座装于底座14之上；电压互感器二次传感输出引线和地电极线(11、12)从引线屏蔽管17中下穿到底座14并从底座14上的二次端子密封接线盘16引出；同时双层屏蔽筒内层1、双层屏蔽筒外层2及引线屏蔽管17均通过穿过引线屏蔽管17的导线与大地电气连接。本发明的该结构中充有SF₆气体18，一次导体7与低压电极9间均为SF₆气体绝缘。双层屏蔽筒4与高电位的壳体6间为环氧树脂浇注固体绝缘的支持绝缘子5，也可以用盆式绝缘子。底座14上还设置有SF₆气体密度控制器19、SF₆充气口20及管道阀门21等用于充气及监视SF₆气体密度用。

信号调理调制电路22采用现有市场上电子式电压互感器常用的信号调理调制电路。直流电源23也从市场上购买。

图1a中信号调理调制电路22及直流电源23均位于SF₆气体密封外的接地屏蔽盒24内；

图1b中信号调理调制电路22及直流电源23位于双屏蔽层内层1和外层2构成的地电位屏蔽筒4中。

图1a中本发明的电压互感器的二次信号输出直接用电缆从绝缘瓷套13或合成绝缘子套中的接地引线屏蔽管17中向下传输至固定在底座14上的电接线柱，再通过底座14上的电接线柱输入信号调理调制电路22，此时，该信号调理调制电路22和直流电源23均位于SF₆气体密封外的接地屏蔽盒24内，该屏蔽盒可固定于底座外壁上，更利于直流电源23、信号调理调制电路22的检修和维护。直流电源23的电源输入可为交流或直流输入，由电缆15从控制室或现场就地供给。

图1b中本发明的电压互感器的二次传感信号输出至电子式互感器的信号调理调制电路22，该电路位于双层屏蔽筒内层1、双层屏蔽筒外层2构成的地电位屏蔽筒4中，该电路将信号变换成数字光信号后，用光纤25从绝缘瓷套13或合成绝缘子套中的接地引线屏蔽管17中向下传输至固定在底座14上的光纤连接器26，然后用光纤25或光缆可将该光信号传输至控制室或需要该电压信号处。此时，该信号调理调制电路22的直流电源23也位于地电位屏蔽筒4中，可用电缆15将直流电源23所需的电功率从底座14通过绝缘瓷套13或合成绝缘子套中的接地引线屏蔽管17传输至地电位屏蔽筒4中的直流电源23的输入端。优点是信号抗干扰能力很强。

Claims (4)

1.高压独立式电子式电压互感器，包括一个没有二次电流绕组的倒立式SF₆气体绝缘电流互感器、采用同轴圆柱形电容分压原理构成的电子式电压互感器、信号调理调制电路及直流电源，其特征在于：在倒立式SF₆气体绝缘电流互感器的双层屏蔽筒内层的内表面上固定金属柱状环，金属柱状环通过绝缘材料在电气上与双层屏蔽筒内层的内表面绝缘，且金属柱状环与一次导体和双层屏蔽筒同心而构成同轴圆柱形电容器分压原理的电子式电压互感器，一次导体为高压电极，金属柱状环为低压电极，双层屏蔽筒为地电极，在低压电极和双层屏蔽筒内层上分别固定电气连接出一根导线作为电压互感器二次传感输出，电压互感器二次传感输出的导线与信号调理调制电路的信号输入端连接，直流电源与信号调理调制电路的电源输入端相连。

2.根据权利要求1所述的高压独立式电子式电压互感器，其特征在于：采用倒立式SF₆气体绝缘电流互感器绝缘结构，双层屏蔽筒内层和外层构成地电位屏蔽筒，地电位屏蔽筒经支持绝缘子或盆式绝缘子固定在壳体上，一次导体水平横贯双层屏蔽筒并固定在壳体上，一次导体一端与壳体电气相连，另一端经密封圈和绝缘套在电气上与壳体绝缘，壳体的上部还安装有爆破片，固定在双层屏蔽筒内层的内表面上的金属柱状环通过绝缘材料在电气上与双层屏蔽筒内层的内表面绝缘，且金属柱状环与一次导体和双层屏蔽筒同心，一次导体为高压电极，金属柱状环为低压电极，双层屏蔽筒为地电极，在低压电极和双层屏蔽筒内层上分别焊接出一根导线作为电压互感器二次传感输出，一次导体、双层屏蔽筒内层、双层屏蔽筒外层、低压电极及壳体构成互感器器身置于绝缘套管上方，绝缘套管座装于底座之上，电压互感器二次传感输出的导线从引线屏蔽管中下穿到底座并从底座上的二次端子密封接线盘引出与信号调理调制电路的信号输入端连接，直流电源与信号调理调制电路的电源端相连，双层屏蔽筒内层、双层屏蔽筒外层及引线屏蔽管均通过导线与大地电气连接，信号调理调制电路和直流电源安装于SF₆气体密封外的接地屏蔽盒内。

3.根据权利要求1所述的高压独立式电子式电压互感器，其特征在于：将电压互感器二次传感输出的导线与信号调理调制电路的信号输入端连接，直流电源与信号调理调制电路的电源输入端相连，信号调理调制电路和直流电源安装于地电位屏蔽筒，再将信号调理调制电路的输出端通过光纤从引线屏蔽管中下穿到底座并从底座上的二次端子密封接线盘引出。

4.根据权利要求1或2所述的高压独立式电子式电压互感器，其特征在于：一次导体与二次绕组及低压电极间均为SF₆气体绝缘。

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